Произведение растворимости

Произведение растворимости (ПР)

Постоянная величина, которая является константой равновесия гетерогенной химической реакции растворения (или осаждения) малорастворимого электролита в определенном растворителе.

Эта величина характеризует растворимость веществ: чем меньше значение ПР, тем меньше их растворимость. Она не зависит от общих концентраций ионов электролита в растворе, а зависит только от температуры и природы растворителя.

ПР также обозначается как Ks (от англ. Solubility – растворимость) или Ksp (англ. Solubility product). Учитывая, что показатели произведения растворимости нередко являются крайне малыми величинами, применяются логарифмические показатели pKs (-lg Ks).

Определение произведения растворимости

Понятие произведения растворимости выходит из процесса растворения электролитов с образованием ионов.

Пример 1

Растворение твердого сульфата кальция описывается уравнением:

$CaSO_4=Ca^{2+} + SO_4^{2-}$

Исходя из схемы реакции, константа равновесия для растворения равна:

$K_1 =\frac {[ Ca^{2+}][SO_4^{2-}]}{CaSO_4}$

Поскольку концентрация твердой соли не зависит от абсолютного количества твердой фазы и является постоянным значением, ее можно включить в константу, получив уравнение для произведения растворимости:

$K_1 = [Ca^{2+}][SO_4^{2-}] = \text {ПР} = Ks$

Данный пример является самым простым вариантом – здесь из одной молекулы образуются один катион и один анион. Если же в ходе растворения соединение распадается на несколько катионов или анионов, то их коэффициенты вводятся в уравнения как степени для соответствующих концентраций:

$А_хВ_у↔хА^{у+}+уВ^{х-}$

$Ks = [A^{y+}]^x[B^{x-}]^y$

Пример 2

Распишем ПР для PbI2

PbI2 диссоциирует как:

$PbI_2 = Pb^{2+} + 2I^-$

А ПР для данной соли можно записать как:

$K_s(PbI_2)= [Pb^{2+}] [I^-]^2$

Произведение растворимости показывает, что при добавлении определенных ионов растворимость электролита снижается, поэтому на основе этого появляется возможность для прогнозирования, при каких концентрациях образовываться осадок. Однако такое определение соответствует только идеальному раствору и сильно отличается от экспериментальных значений для хорошо растворимых электролитов. Поэтому в уравнение вместо концентраций ионов вводят активности ионов, получая произведение активности:

$K_s = [а_A]^x[а_B]^y$

Активность ионов связана с соответствующими концентрациями через коэффициенты активности, которые уточняют поведение ионов в присутствии в растворе других соединений. Значения коэффициентов близки к единице в сильноразбавленных растворах электролитов, которые находятся в равновесии с нерастворимым осадком.

ПР для некоторых малорастворимых в воде соединений (при 25°)

Соединение	ПР
AgCl	1,77·10-10
AgBr	5,35·10-13
AgI	8,51·10-17
BaSO4	1,07·10-10
CaCO3	4,96·10-9
Ca(OH)2	4,68·10-6
Ca3(PO4)2	2,07·10-33
Fe(OH)2	4,87·10-17
Fe(OH)3	2,64·10-39
MgCO3	6,82·10-6
PbI2	8,49·10-9
PbS	3,00·10-28

Точное определение произведения растворимости связано с большими трудностями. Прежде всего, сложность вызывает установлении самого факта, что система находится в равновесии при выбранной температуре. Это связано с тем, что реакции осаждения и растворения могут быть чрезвычайно медленными. Если процесс очень медленный, даже процесс испарения растворителя может стать проблемой и повлиять на точность измерений. Может возникнуть пересыщение. У слабо растворимых веществ концентрации в растворе очень низки и их трудно определить.

Связь с растворимостью

Произведение растворимости связано с растворимостью S:

$S=\sqrt[x+y]{\frac{Ks}{x^x\cdot y^y}},$

где $x$ и $y$ – коэффициенты при ионах в реакции диссоциации.

По этому уравнению можно рассчитывать ПР, имея данные по растворимости (например, полученные кондуктометрическим измерением электропроводности раствора).

Научная статья по химии на заказ от проверенных экспертов по низкой цене!